(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験物を配置する試験室と、冷却手段とを有し、前記冷却手段は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器を有してこれらが環状に配管されて成る少なくとも１系統の冷却回路を有し、冷却回路の内部に相変化する冷媒を循環させて冷凍サイクルを実現し、蒸発器が発する冷熱を利用して試験室内に目標の試験環境を作り出す環境試験装置において、  前記冷却回路には蒸発器に流れる冷媒の流れを断続する開閉弁と、蒸発器を迂回するバイパス流路が設けられ、前記開閉弁を開閉して試験室内の環境を所望の環境に一致させるものであり、
前記開閉弁は一定時間間隔のなかで所定時間開状態となるものであり、目標の試験環境に至るのに必要な冷熱量及び／又は目標の試験環境を維持するのに必要な冷熱量を演算し、当該演算値に見合う様に開閉弁が開く時間が制御されることを特徴とする環境試験装置。
【請求項２】
ヒータを備えた加湿手段を有し、試験室内の現在の温度及び湿度と、加湿手段を運転する際のヒータの発熱を加味した上で前記目標の試験環境に至るのに必要な冷熱量及び／又は目標の試験環境を維持するのに必要な冷熱量を演算することを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置。
【請求項３】
前記冷却回路を構成する蒸発器は、ステンレススチール製の裸管であることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験装置。
【請求項４】
開閉弁は、時間比例制御されて開閉されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項５】
目標の環境が、昇温且つ除湿すべき環境である場合には、次のいずれかの動作又は補正が行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の環境試験装置。
（１）単位時間あたりの開閉弁が開く時間を短縮する。
（２）開閉弁を閉止し続ける。
（３）圧縮機を停止する。
【請求項６】
目標の環境が、冷却且つ加湿すべき環境である場合には、次のいずれかの動作又は補正が行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の環境試験装置。
（１）単位時間あたりの開閉弁が開く時間を延長する。
（２）開閉弁を開き続ける。
【請求項７】
冷却手段は、２系統以上の冷却回路を有し、その内の１系統以上の冷却回路が前記開閉弁と前記バイパス流路を備えた冷却回路であり且つ膨張手段は開度の変更が不能であり、他の１系統以上の冷却回路は膨張手段の開度の変更が可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項８】
冷却手段は、２系統以上の冷却回路を有し、２系統以上の冷却回路の凝縮器はいずれも空冷式であって同一の送風機によって冷却されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の環境試験装置。
【請求項９】
バイパス流路を流れて圧縮機に戻る冷媒と、圧縮機から吐出される高温の冷媒との間で熱交換する熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の環境試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被試験物を所定の環境にさらすことのできる環境試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製品や部品等の性能や耐久性を調べる方策として、環境試験が知られている。環境試験は、環境試験装置と称される設備を使用して実施される。環境試験装置は、例えば高温環境や、低温環境、高湿度環境等を人工的に作り出すものである。
環境試験装置は、例えば図６の様な構成を備えている。図６に示す環境試験装置１００は、試験室３、冷却・除湿器（冷却手段）５、加熱ヒータ６、加湿装置７及び送風機８を備えている。試験室３は、断熱材２によって覆われた空間である。そして試験室３と連通する空気流路１０があり、当該空気流路１０に前記した冷却・除湿器５の蒸発器１１と、加熱ヒータ６、加湿装置７及び送風機８が設けられている。また、空気流路１０の出口側に、温度センサー１２と湿度センサー１３が設けられている。環境試験装置１００では、前記した空気流路１０内の部材と、温度センサー１２及び湿度センサー１３によって空気調和装置１５が構成されている。
【０００３】
冷却・除湿器５は、相変化する熱媒体を使用して冷凍サイクルを実現するものであり、蒸発器１１の他に、圧縮機２０と、凝縮器２１と、膨張弁２２を有している。ここで膨張弁２２は、例えば電子膨張弁であり、開度を変化させることができる。圧縮機２０を駆動するモータは、インバータ制御されていて回転数を変化させることができる。蒸発器１１は銅又は銅合金の様な熱伝導性に優れた素材で作られている。また外部との接触面積を増大させるために、蒸発器１１にはフィン３１が設けられている。即ち蒸発器１１は、銅管で形成された流路を有し、且つフィン３１が設けられている。
そして前記した圧縮機２０と、凝縮器２１と、膨張弁２２及び蒸発器１１が配管で環状に接続されて冷却回路３０を構成し、その内部に相変化する冷媒が封入されている。冷媒は、冷却回路３０内を循環する。
冷却・除湿器５は、公知のそれと同様に、蒸発器１１内で、冷媒を膨張させ、蒸発器１１の表面温度を低下させて環境から熱を奪う。
【０００４】
加熱ヒータ６は、公知の電気ヒータである。
【０００５】
加湿装置７は、加湿ヒータ２５と水皿２６が組み合わされたものであり、水皿２６内の水を加湿ヒータ２５で加熱して蒸発させる。
【０００６】
湿度センサー１３は、湿度を検知可能なものであれば特に限定するものではなく、例えば、乾湿球湿度計等が採用できる。
【０００７】
環境試験装置１００は、内蔵される空気調和装置１５によって、試験室３内に所望の温度・湿度環境を作るものである。
即ち、送風機８を駆動して試験室３内の空気を空気流路１０に導入し、必要に応じて、加熱、冷却、加湿、除湿して試験室３内を所望の温度・湿度環境にする。
例えば、外気と同じ環境を開始環境とし、高温・高湿環境を作る場合には、加熱ヒータ６と加湿装置７を駆動して試験室３内を加熱及び加湿する。
逆に低温・低湿環境を作る場合には、冷却・除湿器５を駆動して、試験室３内の温度及び湿度を低下させ、さらに加熱ヒータ６と加湿装置７を駆動して試験室３内の温度及び湿度を微調整する。
【０００８】
また、低温・高湿環境を作る場合には、冷却・除湿器５を駆動して、試験室３内の温度を低下させ、さらに加湿装置７を駆動して試験室３内の湿度を上昇させる。
なお低温・高湿環境を作る場合には、温度を微調整するために加熱ヒータ６も運転される。
【０００９】
いずれの場合においても、試験室３が所望の環境に至った後は、冷却・除湿器５と、加熱ヒータ６及び加湿装置７を適宜動作させて、前記した所望の環境を維持する。即ち冷却・除湿器５を運転して大きく環境を変化させ、加熱ヒータ６及び加湿装置７を運転して温度及び湿度を微調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平５−６０６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
環境試験は、前記した様な環境試験装置１００の試験室３に被試験物を配置して実施される。具体的には、環境試験装置１００の図示しない入力装置を操作し、作り出したい環境条件を入力する。なお実際には、目標温度と目標湿度とを入力して試験を行うが、説明を容易にするために温度だけを設定することとする。例えば摂氏１０度といった様な低温の試験条件を入力し、環境試験装置１００を起動させる。
その結果、前記した空気調和装置１５が運転を開始し、試験室３内に前記した摂氏１０度の環境を人工的に作る。
【００１２】
ここで、起動前における試験室３内の環境は、外気の環境（例えば室温の摂氏２０度）付近であり、環境試験装置１００を起動することによって、試験室３内の温度が目標に向かって変化する。先の例では、目標温度（摂氏１０度）が室温（摂氏２０度）よりも低いから、空気調和装置１５の冷却・除湿器５が運転を開始して試験室３内の温度を低下させる。
より具体的には、圧縮機２０をフル回転で回転させると共に、膨張弁２２の開度を全開にして蒸発器１１に大量の冷媒を送り込み、多くの冷熱を発生させて試験室３内の温度を急激に低下させる。
そして試験室３の温度が目標温度（摂氏１０度）に近づくと、膨張弁２２の開度を絞ると共に、圧縮機２０の回転数を低下させ、蒸発器１１に供給される冷媒量を低下させてゆく。
【００１３】
試験室３内の温度が目標温度に達した後は、膨張弁２２の開度を絞り、且つ圧縮機２０の回転数を落とした状態で、冷却・除湿器５を運転する。
即ち、仮に被試験物が発熱しないものであるならば、試験室３内の温度が目標温度に達した後に必要な冷熱は、送風機８が内部の空気を攪拌することによって発生する発熱を抑制するのに必要な冷熱と、外部環境から侵入する熱を抑制するのに必要な冷熱等に限られ、立ち上げ時にくらべて少ない。従って試験室３内の温度が目標温度を維持するために冷却・除湿器５に要求される冷熱は、これらに見合うもので足り、少量である。そのため冷却・除湿器５は、最小能力に近い状態で運転される。即ち出力を絞りきった状態で運転される。
【００１４】
しかしながら冷却・除湿器５は、発生冷熱量を変動させることができる領域が狭い。即ち冷却・除湿器５は、膨張弁２２の開度を変更可能であり、且つ圧縮機２０の回転数を変化させることができる。しかしながら、冷却・除湿器５を安定して運転するためには、膨張弁２２の開度及び圧縮機２０の回転数に下限がある。即ち冷却・除湿器５は、能力を絞ることができるにしても限界があり、冷却量の制御可能範囲が狭く、小能力の状態では運転しにくい。
そのため従来技術の環境試験装置１００では、試験室３内の温度が目標温度に達した後は、冷却・除湿器５を運転可能な最小能力で運転し、加熱ヒータ６で試験室３内の温度を制御する。そのため従来技術の環境試験装置は、一方で冷却し、一方で加熱するという状況が起こり、エネルギーの無駄があり、省エネルギー可能な余地がある。
【００１５】
本発明は、従来技術の上記した問題点に注目し、冷却・除湿器５の制御可能領域を広げ、能力の下限を引下げ、試験室３内の環境が安定した後における加熱ヒータ６の運転機会を減少させ、省エネルギーに寄与する環境試験装置の開発を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記した課題を解決するため、冷却回路に電磁弁等の開閉弁を設け、蒸発器に対する冷媒導入を断続させる方策を考え、この冷却回路を搭載した環境試験装置を試作した。開閉弁の制御方法は、公知のオンオフ制御を採用した。
この方策によると、冷却量の制御可能範囲が広く、冷却・除湿器の能力の下限を引下げることができた。即ち、発生する冷熱量が少ない状態であっても、冷却・除湿器を安定して運転することができた。
しかしながら、この方策によると、試験室３内の温度が安定しないという新たな問題が発生した。即ち環境試験装置は、試験室３の温度変化を一定の範囲内に収められることが重要な性能の一つである。
環境試験装置に構造が似たものとして、業務用冷蔵庫があるが、試験室３の温度変化を一定の範囲内に収めるという要求は、業務用冷蔵庫には無い。即ち業務用冷蔵庫は、冷凍食品を一定温度以下に保つことができるか否かが要求品質の柱であり、室温を例えば摂氏マイナス３０度以下の状態を保つことが出来さえすれば、温度の変動は問わない。業務用冷蔵庫は例えば、摂氏マイナス５０度から摂氏マイナス４０度の範囲で、室温が変動しても差し支えない。
これに対して環境試験装置は、許容される温度変化の幅が極めて小さく、例えば設定温度に対してプラスマイナス０．３度という様な、極めて狭い範囲の温度変動しか許されない。
ここで前記した様な、蒸発器に対する冷媒導入を断続させる方策によると、図７の様に、試験室３内の温度が刻々変動してしまう。
即ち、電磁弁が開くと、蒸発器に冷媒が導入され、蒸発器の表面温度が急激に低下して、試験室３内の温度が低下傾向となる。
【００１７】
前記した従来技術における問題点、及び新たに発生した問題点を解決することができる請求項１に記載の発明は、被試験物を配置する試験室と、冷却手段とを有し、前記冷却手段は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器を有してこれらが環状に配管されて成る少なくとも１系統の冷却回路を有し、冷却回路の内部に相変化する冷媒を循環させて冷凍サイクルを実現し、蒸発器が発する冷熱を利用して試験室内に目標の試験環境を作り出す環境試験装置において、前記冷却回路には蒸発器に流れる冷媒の流れを断続する開閉弁と、蒸発器を迂回するバイパス流路が設けられ、前記開閉弁を開閉して試験室内の環境を所望の環境に一致させるものであり、前記開閉弁は一定時間間隔のなかで所定時間開状態となるものであり、目標の試験環境に至るのに必要な冷熱量及び／又は目標の試験環境を維持するのに必要な冷熱量を演算し、当該演算値に見合う様に開閉弁が開く時間が制御されることを特徴とする環境試験装置である。
【００１８】
本発明で採用する冷却手段は、蒸発器に流れる冷媒の流れを断続する開閉弁を持ち、開閉弁を開閉して試験室内の環境を所望の環境に一致させるものである。そのため発生させる冷熱量が小さい状況においても、安定して運転することができる。
また本発明では、開閉弁は一定時間間隔のなかで所定時間開状態となる様に制御される。この開閉弁の制御方法は、単なるオンオフ制御とは異なり、時間比例制御またはこれに類似する制御方法であると言える。
また本発明の環境試験装置では、目標の試験環境に至るのに必要な冷熱量及び／又は目標の試験環境を維持するのに必要な冷熱量が演算され、この演算値に見合う様に開閉弁が開く時間が制御される。そのため単なる比例制御による場合に比べて、試験室の環境をより安定させることができる。
即ち公知の比例制御は、単に現状の環境と目標環境の偏差に応じて出力を増減するものである。これに対して、本発明では、必要な冷熱量を演算し、この演算値に見合う様に出力調整がなされるので、試験室の環境をより安定させることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、ヒータを備えた加湿手段を有し、試験室内の現在の温度及び湿度と、加湿手段を運転する際のヒータの発熱を加味した上で前記目標の試験環境に至るのに必要な冷熱量及び／又は目標の試験環境を維持するのに必要な冷熱量を演算することを特徴とする請求項１に記載の環境試験装置である。
【００２０】
本発明の環境試験装置は、加湿手段を備えていることを前提としている。ここでヒータを備えた加湿手段は、水をヒータで加熱して気化させるものであるから、加湿を行う際に熱を発生させる。
そこで本発明では、試験室内の現在の温度及び湿度だけでなく、加湿手段を運転する際のヒータの発熱を加味した上で目標の試験環境を維持するのに必要な冷熱量を演算し、当該演算値に見合う様に開閉弁が開く時間を増減することとした。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、前記冷却回路を構成する蒸発器は、ステンレススチール製の裸管であることを特徴とする請求項１又は２に記載の環境試験装置である。
【００２２】
本発明で採用する蒸発器は、ステンレススチールで作られている。ここでステンレススチールは、銅に比べて熱伝導率が低い。そのため開閉弁を開いた際に、冷媒の冷熱が蒸発器の表面に伝わりにくく、蒸発器表面の温度低下が緩やかである。一方ステンレススチールは、銅に比べて熱容量が大きいので、開閉弁を閉じた際の蒸発器表面の温度上昇が緩やかである。即ちステンレススチールで作られた蒸発器を採用することによって、開閉弁を開閉した際の、表面温度の変化を小さくすることができる。
ところで前記した請求項１又は２に記載の発明によると、試験が行われている間は、原則的に冷却・除湿器を連続運転させるから、蒸発器を除霜運転することができず、蒸発器の表面の霜が過大に成長してしまうという問題がある。
この問題に対し、本発明で採用する蒸発器は、裸管であってフィンを持たないので、結露した水が溜まりにくく、霜の成長が遅い。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、開閉弁は、時間比例制御されて開閉されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００２４】
ここで時間比例制御とは、一定時間を一つのサイクルタイムとし、このサイクルタイム内で開閉弁が開く時間と閉じる時間を決め、前記サイクルを繰り返す。
本発明では、開閉弁を時間比例制御して開閉するので、単なるオンオフ制御に比べて試験室の温度変動が小さい。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、目標の環境が、昇温且つ除湿すべき環境である場合には、次のいずれかの動作又は補正が行われることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の環境試験装置である。
（１）単位時間あたりの開閉弁が開く時間を短縮する。
（２）開閉弁を閉止し続ける。
（３）圧縮機を停止する。
【００２６】
試験室の温度が上昇すると、試験室の相対湿度が低下するから、試験室は実質的に除湿された状態となる。
そのため目標の環境が昇温且つ除湿すべき環境である場合には、実質的に必要な冷熱量が少ない。そこで請求項５に記載の発明では、発生する冷熱が減少する様に動作又は補正することとした。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、目標の環境が、冷却且つ加湿すべき環境である場合には、次のいずれかの動作又は補正が行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の環境試験装置である。
（１）単位時間あたりの開閉弁が開く時間を延長する。
（２）開閉弁を開き続ける。
【００２８】
請求項５の場合とは逆に、目標の環境が、冷却且つ加湿すべき環境である場合には、実質的に必要な冷熱量が増加する。そのため請求項６に記載の発明では、発生する冷熱が増加する様に動作又は補正することとした。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、冷却手段は、２系統以上の冷却回路を有し、その内の１系統以上の冷却回路が前記開閉弁と前記バイパス流路を備えた冷却回路であり且つ膨張手段は開度の変更が不能であり、他の１系統以上の冷却回路は膨張手段の開度の変更が可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００３０】
本発明の環境試験装置では、開度の変更が可能な膨張手段を備えていて膨張手段の開度を調節して冷却量を調整する冷却回路と、開閉弁を開閉することによって冷却量を調整する冷却回路を有している。そのため、本発明の環境試験装置、冷却量の制御可能範囲が広い。
【００３１】
請求項８に記載の発明は、冷却手段は、２系統以上の冷却回路を有し、２系統以上の冷却回路の凝縮器はいずれも空冷式であって同一の送風機によって冷却されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００３２】
本発明の環境試験装置は、一つの送風機で複数の凝縮器を冷却することができるから、部品点数が少ない。
【００３３】
請求項９に記載の発明は、バイパス流路を流れて圧縮機に戻る冷媒と、圧縮機から吐出される高温の冷媒との間で熱交換する熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の環境試験装置である。
【００３４】
本発明によると、圧縮機への液戻りを防止することができる。即ちバイパス流路を流れて圧縮機に戻る冷媒は、蒸発器を迂回したものであるから、気化が十分ではなく、液体を含んでいる。本発明では、バイパス流路を流れて圧縮機に戻る冷媒が熱交換器で加熱されるので、冷媒の気化が進み、圧縮機に液戻りしない。また圧縮機から吐出された高温の冷媒が、熱交換器で冷却されるので、凝縮負荷が減少し、凝縮用送風機の消費電力を減少させることができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の環境試験装置が採用する冷却手段は、冷却量の制御可能範囲が広く、特に小能力状態においても安定した運転が期待できる。そのため加熱ヒータによる温度補正量を減少させることができ、省エネルギーに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態の環境試験装置の構成図である。
【図２】図１の環境試験装置の制御装置のブロック図である。
【図３】単位時間間隔あたりの電磁弁を開く時間と冷熱量の関係を示すグラフである。
【図４】図１の環境試験装置の動作を概念的に表現したタイムチャートであり、電磁弁の開閉と、蒸発器の表面温度の変化、及び試験室の温度変化を示す。
【図５】図１の環境試験装置の動作範囲を示すグラフである。
【図６】従来技術の環境試験装置の構成図である。
【図７】従来技術の環境試験装置の動作を概念的に表現したタイムチャートであり、電磁弁の開閉と、蒸発器の表面温度の変化、及び試験室の温度変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。なお従来技術の環境試験装置１００と同一の部材については、同一の番号を付して重複した説明を省略する。
本発明の実施形態の環境試験装置１の機械的構成は、冷却手段５０の構造を除いて従来技術の環境試験装置１００と同一である。
即ち環境試験装置１は図１の様に、試験室３、冷却手段５０、加熱ヒータ６、加湿装置７及び送風機８を備えている。試験室３は、断熱材２によって覆われた空間である。そして試験室３と連通する空気流路１０があり、当該空気流路１０に前記した冷却手段５０の２基の蒸発器５９，６９と、加熱ヒータ６、加湿装置７及び送風機８が設けられている。加湿装置７は、加湿ヒータ２５と水皿２６が組み合わされたものであり、水皿２６内の水を加湿ヒータ２５で加熱して蒸発させる。
また、空気流路１０の出口側に、温度センサー１２と湿度センサー１３が設けられている。環境試験装置１では、前記した空気流路１０内の部材と、温度センサー１２及び湿度センサー１３によって空気調和装置１５が構成されている。
【００３８】
冷却手段５０は、本実施形態の特徴的構成であり、詳細に説明する。本実施形態で採用する冷却手段５０は、２系統の冷却回路５１，５２を有している。説明の便宜上、冷却回路５１を負荷用冷却回路５１と称し、冷却回路５２を制御用冷却回路５２と称する。
負荷用冷却回路５１は、大容量の冷却・除湿器であり、負荷側圧縮機５５と、負荷側熱交換器５６と、負荷側凝縮器５７と、負荷側膨張手段５８と、負荷側蒸発器５９を有している。
負荷側熱交換器５６は、一次側流路６０と二次側流路６１を有している。
負荷側膨張手段５８は、例えば電子膨張弁であり、開度を変化させることができる。
負荷側蒸発器５９は、銅又は銅合金の様な熱伝導性に優れた素材で作られている。また外部との接触面積を増大させるために、フィン３１が設けられている。即ち負荷側蒸発器５９は、銅管で形成された流路を有し、且つフィン３１が設けられている。
【００３９】
負荷用冷却回路５１では、前記した各部材が環状に配管接続され、その中に相変化する冷媒が充填されている。
即ち負荷用冷却回路５１は、負荷側圧縮機５５の吐出側と、負荷側熱交換器５６の一次側流路６０と、負荷側凝縮器５７と、負荷側膨張手段５８と、負荷側蒸発器５９と、負荷側熱交換器５６の二次側流路６１がこの順に接続され、負荷側圧縮機５５の吸い込み側に戻る環状回路である。
【００４０】
また負荷用冷却回路５１の負荷側凝縮器５７と負荷側膨張手段５８の間が分岐され、負荷側蒸発器５９と負荷側熱交換器５６の二次側流路６１の間に至るバイパス流路６２が設けられている。バイパス流路６２は、負荷側膨張手段５８及び負荷側蒸発器５９を迂回する流路である。
本実施形態では、バイパス流路６２に電磁弁６３と、キャピラリーチューブ６４が設けられている。電磁弁６３は、開閉弁として機能し、キャピラリーチューブ６４は、流量を絞る部材として機能する。
【００４１】
負荷用冷却回路５１は内部に相変化する冷媒を循環させて冷凍サイクルを実現し、負荷側蒸発器５９内で、冷媒を膨張させ、負荷側蒸発器５９の表面温度を低下させて環境から熱を奪う。
【００４２】
次に制御用冷却回路５２について説明する。制御用冷却回路５２は、前記した負荷用冷却回路５１に比べて容量の小さい冷却・除湿器であり、制御側圧縮機６５と、制御側熱交換器６６と、制御側凝縮器６７と、電磁弁７３と、制御側膨張手段６８と、制御側蒸発器６９を有している。
制御側熱交換器６６は、一次側流路７０と二次側流路７１を有している。
電磁弁７３は、開閉弁として機能する。制御側膨張手段６８は、例えばキャピラリーチューブであり、開度を変化させることができない。
制御側蒸発器６９は、ステンレススチールの裸管７６で作られている。即ち制御側蒸発器６９は、ステンレススチールの単なる管であり、フィンは無い。
【００４３】
制御用冷却回路５２は、前記した部材が、環状に配管接続され、その中に相変化する冷媒が充填されている。
即ち制御用冷却回路５２は、制御側圧縮機６５の吐出側と、制御側熱交換器６６の一次側流路７０と、制御側凝縮器６７と、電磁弁７３と、制御側膨張手段６８と、制御側蒸発器６９と、制御側熱交換器６６の二次側流路７１がこの順に接続され、制御側圧縮機６５の吸い込み側に戻る環状回路である。
【００４４】
また制御用冷却回路５２の制御側凝縮器６７と電磁弁７３の間が分岐され、制御側蒸発器６９と制御側熱交換器６６の二次側流路７１の間に至るバイパス流路７２が設けられている。バイパス流路７２は、電磁弁７３、制御側膨張手段（キャピラリーチューブ）６８及び制御側蒸発器６９の三者を迂回する流路である。
本実施形態では、バイパス流路７２にもキャピラリーチューブ７４が設けられている。キャピラリーチューブ７４は、流量を絞る部材として機能する。
【００４５】
制御用冷却回路５２は内部に相変化する冷媒を循環させて冷凍サイクルを形成し、制御側蒸発器６９内で、冷媒を膨張させ、制御側蒸発器６９の表面温度を低下させて環境から熱を奪う。
【００４６】
また本実施形態では、負荷用冷却回路５１の負荷側凝縮器５７と、制御用冷却回路５２の制御側凝縮器６７は、共に空冷式であり、図１の様に重ねて配置されている。そしてその近傍に一台の凝縮用送風機７５が配置されており、一台の凝縮用送風機７５によって二基の凝縮器５７，６７が冷却される。本実施形態では、前記した凝縮用送風機７５は、インバータ制御されており、凝縮量に応じて送風量を変化させることができる。
【００４７】
本実施形態では、図２の様に、温度センサー１２が検知する試験室３内の温度に関する信号と、湿度センサー１３が検知する試験室３内の湿度に関する信号が、制御装置８０に入力される。また目標環境入力装置８１によって、目標の環境が入力される。具体的には、試験環境の温度と湿度が目標環境入力装置８１から制御装置８０に入力される。
【００４８】
また制御装置８０から発せられる信号によって、試験室３の温度と湿度が制御される。具体的には、図２の様に、加熱ヒータ６及び加湿ヒータ２５を動作させる信号が、制御装置８０から発信される。
また冷却手段５０の負荷用冷却回路５１と制御用冷却回路５２が制御装置８０によって制御される。
【００４９】
具体的には、制御装置８０から、負荷側圧縮機５５と、負荷側膨張手段５８及び電磁弁６３を動作させる信号が発信される。ここで本実施形態では、負荷側圧縮機５５は回転数を制御する手段（例えばインバータ）を持たず、単に起動・停止を行うだけである。従って、制御装置８０から、負荷側圧縮機５５を起動・停止する信号が発信される。
一方、負荷側膨張手段５８は、電子式膨張弁であるから、開度を任意に変更することができる。本実施形態では、開度を調整する信号が、制御装置８０から負荷側膨張手段５８側に発信される。
また電磁弁６３を開閉する信号が、制御装置８０から発信される。
【００５０】
同様に、制御用冷却回路５２の制御側圧縮機６５と、電磁弁７３を動作させる信号が制御装置８０から発信される。ここで本実施形態では、制御側圧縮機６５は回転数を制御する手段（例えばインバータ）を持たず、単に起動・停止を行うだけである。従って、制御装置８０から、制御側圧縮機６５を起動・停止する信号が発信される。
【００５１】
また制御装置８０からは、凝縮用送風機７５の回転数を制御する信号が発信される。
【００５２】
本実施形態の環境試験装置１では、前記した様に制御装置８０から発信される信号によって、負荷側圧縮機５５と、負荷側膨張手段５８及び電磁弁６３を動作させる信号が発信され、負荷側圧縮機５５の起動・停止と、負荷側膨張手段５８の開度調整と、電磁弁６３の開閉が行われる。
【００５３】
負荷側圧縮機５５が起動されると、負荷用冷却回路５１内に充填された気体状の冷媒が圧縮されて高温の気体となり、負荷側熱交換器５６の一次側流路６０を経て負荷側凝縮器５７に入る。ここで負荷側凝縮器５７内で気体状の冷媒が凝縮用送風機７５の送風によって冷却されて液化し、負荷側膨張手段５８に至る。そして負荷側膨張手段５８を出て負荷側蒸発器５９内で気化し、負荷側蒸発器５９の表面温度を低下させる。
気化した冷媒は、負荷側熱交換器５６の二次側流路６１を経て負荷側圧縮機５５に戻る。ここで、負荷側蒸発器５９内で気化しきれなかった冷媒は、負荷側熱交換器５６で、一次側を流れる高温の気体から熱供給を受けて気化する。
【００５４】
また制御装置８０からの信号によって、負荷側膨張手段５８の開度が調節され、負荷側蒸発器５９に入る冷媒量が制御される。即ち負荷側膨張手段５８の開度を開くと、大量の冷媒が負荷側蒸発器５９に流れ込み、大きな冷熱を発生させる。逆に、負荷側膨張手段５８の開度を絞ると、負荷側蒸発器５９に供給される冷媒量が減少し、冷熱が減じる。
【００５５】
本実施気形態では、負荷側膨張手段５８の開度が一定以上閉じられると、制御装置８０から電磁弁６３を開く信号が発せられてバイパス流路６２が開かれる。その結果、冷媒が負荷側蒸発器５９を迂回して負荷側圧縮機５５に戻り、負荷側圧縮機５５に過度の負荷が掛かることが防止される。
またバイパス流路６２を流れる冷媒は、液状のものを含むが、負荷側圧縮機５５に戻る際に負荷側熱交換器５６を通過し、負荷側熱交換器５６の一次側を流れる高温の気体から熱供給を受けて気化する。そのため負荷側圧縮機５５に液戻り現象が発生することはない。
【００５６】
次に制御用冷却回路５２の動作について説明する。前記した様に、本実施形態の環境試験装置１では、制御装置８０から、制御側圧縮機６５と、電磁弁７３を動作させる信号が発信され、制御側圧縮機６５の起動・停止と、電磁弁７３の開閉が行われる。
【００５７】
制御側圧縮機６５が起動されると、制御用冷却回路５２内に充填された気体状の冷媒が圧縮されて高温の気体となり、制御側熱交換器６６の一次側流路７０を経て制御側凝縮器６７に入る。制御側凝縮器６７では気体状の冷媒が凝縮用送風機７５の送風によって冷却されて液化し、電磁弁７３を経て制御側膨張手段６８に至る。そして冷媒は、制御側膨張手段６８を出て制御側蒸発器６９内で気化し、制御側蒸発器６９の表面温度を低下させる。
気化した冷媒は、制御側熱交換器６６の二次側流路７１を経て制御側圧縮機６５に戻る。ここで、制御側蒸発器６９内で気化しきれなかった冷媒は、制御側熱交換器６６で、一次側を流れる高温の気体から熱供給を受けて気化する。
【００５８】
また制御装置８０からの信号によって、電磁弁７３が閉じられると、制御側蒸発器６９に入る冷媒が遮断される。即ち電磁弁７３が開かれていれば、大半の冷媒が制御側蒸発器６９に流れ込み、冷熱を発生する。逆に、電磁弁７３が閉じられると、制御側蒸発器６９に供給される冷媒が遮断され、冷熱の発生が停止する。
【００５９】
なお電磁弁７３が閉じられると、冷媒は制御側蒸発器６９を迂回してバイパス流路７２に流れる。その結果、冷媒は制御側圧縮機６５に戻り、制御側圧縮機６５に過度の負荷が掛かることが防止される。
またバイパス流路７２を流れる冷媒は、液状のものを含むが、制御側圧縮機６５に戻る際に制御側熱交換器６６を通過し、制御側熱交換器６６の一次側を流れる高温の気体から熱供給を受けて気化する。そのため制御側圧縮機６５に液戻り現象が発生することはない。
【００６０】
また本発明に特有の構成として、制御装置８０に、冷熱量演算手段が設けられている。冷熱量演算手段は、実際にはソフトウェアによって構成されている。
冷熱量演算手段は、温度センサー１２から入力される試験室３の現状温度と、湿度センサー１３から入力される試験室３内の現状湿度と、目標環境入力装置８１から入力される目標温度及び目標湿度から、目標環境に達するために必要な冷熱量又は目標環境を維持するために必要な冷熱量を演算するソフトウェアである。
ここで特記すべき事項は、本実施形態では、加湿ヒータ２５が発する熱を相殺するのに必要な冷熱についても、原則として「必要な冷熱量」に加算される。
即ち試験室３内を加湿するためには、加湿装置７を駆動させなければならないが、加湿装置７は、前記した様に、加湿ヒータ２５によって水を加熱するものである。そのため加湿装置７を駆動すると、試験室３内の温度を上昇させてしまうから、この昇温を相殺するために冷却手段５０を動作させる必要が生じる。
本実施形態で採用する制御装置８０は、現状の試験室３内の温度を目標の温度に低下させるのに必要な冷熱に加え、加湿ヒータ２５が発生するであろう熱をも「必要な冷熱量」として演算する。
【００６１】
次に、冷却手段５０の持つ負荷用冷却回路５１と制御用冷却回路５２の役割分担について説明する。
本実施形態では、制御用冷却回路５２を優先して使用し、不足する冷熱を負荷用冷却回路５１で補う。
実際の動作状況に沿って説明すると、試験室３の環境を常温・常湿の状態から、低温の目標環境に至らせるまでの間は負荷用冷却回路５１と制御用冷却回路５２が共に運転され、目標環境に至って定常状態となると、負荷用冷却回路５１が停止して制御用冷却回路５２だけで試験室３の環境調整が行われる。簡単に説明すると、低温の試験環境の立ち上げ時には負荷用冷却回路５１と制御用冷却回路５２が共に使用され、環境が定常化した後は制御用冷却回路５２だけで試験室３の環境調整が行われる。
【００６２】
即ち前記した様に、制御用冷却回路５２の冷却能力（容量）は、負荷用冷却回路５１よりも小さく、両者の間には、１対２から１対６程度の能力差がある。
例えば、両者の冷却能力比を１対４であると仮定すると、冷却手段５０の全能力を１００パーセントとして、２０パーセントまでの要求冷熱量である場合には、制御用冷却回路５２だけが運転され、それ以上の冷熱が必要な場合には、負荷用冷却回路５１と制御用冷却回路５２の双方が運転される。
【００６３】
そのため、前記した様に、環境試験装置１の立ち上げ時には、負荷用冷却回路５１と制御用冷却回路５２の双方が使用され、試験室３内の環境が安定すると、制御用冷却回路５２だけが使用されることとなる。
【００６４】
また前記した様に、制御用冷却回路５２の冷却能力は、負荷用冷却回路５１よりも小さいので、制御用冷却回路５２は冷却出力が小さい状態でも安定して運転することができる。
加えて、本実施形態では、制御用冷却回路５２は、電磁弁７３を開閉することによって発生する冷熱量が調整されるが、電磁弁７３の時間比例制御又はこれに類似した制御方式によって制御される。
即ち本実施形態では、前記した様に、制御装置８０が冷熱量演算手段を備えている。冷熱量演算は、前記した様に現状環境と、目標環境から、必要な冷熱量を演算するものであるが、試験室３内の環境が立ち上げ時を過ぎ、安定状態に至ると、必要な冷熱量は、略一定値に落ちつく。即ち被試験物が自己発熱しないものであるならば、試験室３内が目標環境に至った後に必要な冷熱は、試験室３内の送風機８から発生する熱を相殺するのに必要な冷熱と、試験室３の断熱材２を経て外に伝導される冷熱等に限られ、定常化する。そのため、この必要量に見合う様に、一定時間あたりの電磁弁７３の開時間を演算し、この時間だけ電磁弁７３を開いて冷媒を制御側蒸発器６９に導入すると、試験室３内の環境は極めて安定する。
【００６５】
例えば、５秒から１０秒を一つのサイクルタイムとして、この間の電磁弁７３が開くべき時間を演算で求める。仮に、１サイクルを１０秒とし、制御用冷却回路５２の冷却能力の２０パーセントの冷熱が必要であるならば、それに見合う時間だけ電磁弁７３を開き、残りの時間は電磁弁７３を閉じる。そしてこの動作を５秒から１０秒間隔で繰り返す。その結果、全体として２０パーセントの出力が得られる。
【００６６】
なお付言すると、発生する冷熱量と、電磁弁７３を開く時間とは必ずしも比例しない。先の例で説明すると、１サイクルを１０秒とし、電磁弁７３を２秒間だけ開く動作を繰り返すと、計算上、制御側膨張手段６８の開度は２０パーセントとなるが、発生する冷熱量は２０パーセントになるとは限らない。
即ち図３の様に、電磁弁７３を開く時間（開度  単位時間あたりの時間）と発生する冷熱量との間は、正の相関関係があるものの、正比例関係にはならない。そのため電磁弁７３を開く時間はさらに演算やデータを加味して決定することが望ましい。
例えば、開く時間と、冷熱量との関係を予め実験し、このデータを記憶したり、何らかの近似式を使用する方法が考えられる。また開く時間と冷熱量の関係を対数関数を活用して対数グラフ化して直線化し、このデータに基づいて電磁弁７３が開く時間を設定してもよい。
【００６７】
また本実施形態では、制御側蒸発器６９は、ステンレススチールで作られている。ここでステンレススチールは、従来採用されていた銅に比べて熱伝導率が低い。そのため電磁弁７３を開いた際に、冷媒の冷熱が制御側蒸発器６９の表面に伝わりにくく、制御側蒸発器６９の温度低下が緩やかである。
即ち図４の様に、電磁弁７３を開いても、制御側蒸発器６９の表面の温度降下カーブは図７に示す従来例に比べて緩やかである。従って図４の様に、試験室３の温度低下カーブも緩やかなものとなる
【００６８】
またステンレススチールは、銅に比べて熱容量が大きいので、電磁弁７３を閉じた際の制御側蒸発器６９の表面の温度上昇が、図７に示す従来例に比べて、図４の様に緩やかとなる。そのため試験室３の温度上昇カーブも緩やかなものとなる
【００６９】
また本実施形態では、前記した様に、制御用冷却回路５２を優先して使用し、不足する冷熱を負荷用冷却回路５１で補う。そのため、実質的に制御用冷却回路５２は休みなく運転されることとなり、除霜を行うことができない。この対策として本実施形態では、制御側蒸発器６９に裸管７６を採用している。そのため運転時に発生した結露が制御側蒸発器６９に溜まりにくく、霜の過度の成長が抑制される。
【００７０】
本実施形態の環境試験装置１では、前記した様に制御装置８０が必要な冷熱量を演算し、その際に、加湿ヒータ２５が発する熱を相殺するのに必要な冷熱についても、原則として必要な冷熱量に加算される。
しかし、運転状況によっては、加湿ヒータ２５が発する熱を考慮することが不要であったり、むしろ悪影響を及ぼす場合がある。
以下、この点について説明する。
図５に示すように、試験開始前の環境（温度及び湿度）を原点とし、Ｘ軸に温度をとり、Ｙ軸に湿度をとったグラフを想定し、グラフ上のいずれかの位置を目標環境であると仮定すると、目標環境が第１象限Ａにある場合は、加熱と加湿が必要な状況を表している。また目標環境が第２象限Ｂにある場合は、冷却と加湿が必要な状況を表している。同様に、第３象限Ｃにある場合は、冷却と除湿が必要な状況を表し、目標環境が第４象限Ｄにある場合は、加熱と除湿が必要な状況を表している。
【００７１】
ここで、温度と湿度（相対湿度）との関係をみたとき、空気中の水蒸気の絶対量が同じであるならば、環境温度が上昇すると湿度（相対湿度）は低下する。そのため加熱と除湿は、補完関係にあり、環境温度を上昇させると、必然的に湿度が下がる。従って、現在の環境の湿度が目標湿度よりも高い場合は、加湿ヒータ２５が発する熱を相殺するには及ばない。
従って、前記した必要冷熱量の演算に補正を加えることが推奨される。
実際の現象としては、次の様な動作が実行される。
（１）単位時間あたりの電磁弁７３が開く時間を短縮する
（２）電磁弁７３を閉止し続ける。
（３）制御側圧縮機６５を停止する。
【００７２】
冷却と除湿が必要な状況においては先と逆の補正や動作を行うことが推奨される。
図５のグラフに基づいて説明すると、目標の環境が第２象限Ｂにある場合と、第４象限Ｄにある場合には、先の補正や動作とは逆の補正等を行うことが推奨される。特に、第２象限Ｂ及び第４象限Ｄに表示した曲線よりも外側に目標の環境がある場合には、先の補正や動作とは逆の補正や動作を行わしめることが推奨される。
【００７３】
即ち第２象限Ｂ及び第４象限Ｄに表示した曲線よりも外側に目標の環境がある場合には、次のいずれかの動作又は補正が行われることが推奨される。
（１）単位時間あたりの電磁弁７３が開く時間を延長する。
（２）電磁弁７３を開き続ける。
【００７４】
以上説明した実施形態では、電磁弁７３の時間比例制御又はこれに類似した制御方式によって制御したが、もちろんこれに加えて、微分制御と積分制御を実施することが望ましい。即ち電磁弁７３は、時間比例制御を実施するＰ．Ｉ．Ｄ制御を行うことが望ましい。  また上記した実施形態では、制御装置８０に冷熱量演算手段を持たせ、必要な冷熱量に応じて電磁弁７３を時間比例させたが、単に、現状の温度と、目標温度との偏差に基づいて時間比例制御やＰ．Ｉ．Ｄ制御を行うものであってもよい。
制御用冷却回路５２では、電磁弁７３を制御側膨張手段（キャピラリーチューブ）６８の上流側に設置したが、制御側膨張手段（キャピラリーチューブ）６８の下流側や、制御側蒸発器６９の下流側に設けてもよい。
【００７５】
本実施形態の環境試験装置１が採用する冷却手段５０は、冷却量の制御可能範囲が広く、小能力の状態であっても安定して運転できるので、試験室３内の環境が安定した後に必要とされる量だけの冷熱を発生させることができる。即ち必要な冷熱を過不足なく発生させることができる。そのため、従来技術の欄で説明した様な、加熱ヒータ６を起動して過剰な冷熱を加熱ヒータ６の発熱で相殺する機会は減少する。しかしながら、本発明は、試験室３内の環境が安定した後に加熱用のヒータを使用することを禁止するものではなく、必要に応じて加熱用ヒータを使用するべきである。
【００７６】
即ち加熱ヒータ６を使用する理由は、単に余剰の冷熱を相殺するというだけではなく他の理由によっても必要である。
加熱ヒータ６を使用するもう一つの理由として、冷却手段５０は、温度変化に対する追従性が低く、且つ発生する冷熱量を微調整することが困難であるという点が挙げられる。即ち冷却手段５０は、冷媒を加圧し、凝縮し、膨張させて冷熱を発生させるものであり、冷媒の圧力変化や保有熱量の変化によって冷熱を生じさせるものであるから、モータの回転数変化や、膨張弁の開度を変化させても、直ちに冷熱量が変わるものではなく、相当の遅れが生じる。また同様の理由から、発生する冷熱量を微調整することが困難である。
これに対して加熱ヒータ６は、通電によるジュール熱によって発熱するから、反応が早く、且つ発熱量の微調整が容易である。本発明は、この観点からも加熱用のヒータを使用することを禁止するものではない。
【符号の説明】
【００７７】
１    環境試験装置
３    試験室
６    加熱ヒータ（加熱手段）
７    加湿装置（加湿手段）
２５  加湿ヒータ
５０  冷却手段
５１  負荷用冷却回路
５２  制御用冷却回路
５５  負荷側圧縮機
５６  負荷側熱交換器
５７  負荷側凝縮器
５８  負荷側膨張手段
５９  負荷側蒸発器
６２  バイパス流路
６４  キャピラリーチューブ
６５  制御側圧縮機
６６  制御側熱交換器
６７  制御側凝縮器
６８  制御側膨張手段
６９  制御側蒸発器
７２  バイパス流路
７３  電磁弁
７５  凝縮用送風機
７６  裸管
８０  制御装置
【図１】
0005514787.tif 000002
【図２】
0005514787.tif 000003
【図３】
0005514787.tif 000004
【図４】
0005514787.tif 000005
【図５】
0005514787.tif 000006
【図６】
0005514787.tif 000007
【図７】
0005514787.tif 000008